Плотность и удельный вес грунта

Учитывая, что грунт представляет собой сложную дисперсную среду, состоящую из минеральных твердых частиц и порового пространства, заполненного в самом общем плане водой (поро-вой жидкостью) и воздухом, понятие плотности как физической величины также является сложным и приобретает определенность только в том случае, если указывается точно, о плотности каких фаз грунта идет речь.

Плотность частиц грунта ρ_s представляет собой отношение массы твердой части сухого грунта m_s (исключая массу воды в его порах) к его объему V:

ρ_s = m_s / V

 

Обычно в качестве единицы измерения плотности частиц грунта применяют следующие единицы: кг/м³, г/см³, т/м³ и т.д.

Плотность частиц грунтов зависит от их минерального состава и присутствия органических и органоминеральных веществ, поэтому она представляет собой средневзвешенную плотность этих частей грунта.

Плотность частиц отдельных видов дисперсных грунтов имеет следующие значения: пески — 2,65...2,67 т/м³; супеси — 2,68... 2,72 т/м³; суглинки — 2,69...2,73 т/м³; глины 2,71 ...2,76 т/м³; торфы 1,50... 1,80 т/м³.

Плотность влажного грунта ρ_w представляет собой отношение массы влажного грунта m_w к его объему V_w:

Плотность сухого грунта ρ_d представляет собой отношение массы сухого грунта m_d (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему, который включает в себя объем имеющихся в этом грунте пор:

Эти параметры используются для характеристики физических свойств грунтов и в динамических расчетах оснований сооружений.

Для инженерных геотехнических расчетов, связанных, в частности, с определением природного давления и давления засыпки на подпорные стенки, используется не характеристика плотности грунта, а характеристика его удельного веса, представляющего собой отношение веса грунта к занимаемому им объему и измеряемого в Н/м³, кН/м³, мН/м³ (система СИ).

Удельный вес частиц грунта γ_s — отношение веса сухого грунта к объему его твердой части.

Удельный вес влажного грунта γ_w — отношение веса влажного грунта ко всему занимаемому этим грунтом объему.

Удельный вес сухого грунта γ_d — отношение веса сухого грунта (скелета) к занимаемому этим грунтом объему, включая поры.

Плотность и удельный вес связаны между собой несложным соотношением. Так, при значении плотности частиц грунта р_s = 2,71 т/м3, удельный вес частиц этого же грунта γ_s = 10 р_s = 27,1 кН/м³.

Определение удельного веса состоит из двух основных операций: определения объема некоторого количества грунта и определения веса этого объема грунта.

Определение объема образца (монолита) непористой скальной породы осуществляется путем погружения образца в воду и определения объема вытесненной при этом воды.

Определение объема образца глинистого грунта путем непосредственного погружения его в воду невозможно, существует реальная опасность, что глинистый образец либо распадется, либо разбухнет, поглощая воду. Поэтому образец глинистого грунта перед погружением в воду предварительно парафинируют, т.е. покрывают его слоем не пропускающего воду парафина. При парафинировании следует избегать возможного защемления воздуха (пузырьков) между грунтом и парафином. Далее опыт проводят обычным образом, описанным ранее. Для определения объема чистого грунта необходимо из найденного общего объема запарафинированного грунта вычесть объем, занятый парафином. Объем парафина легко определяется взвешиванием образца до и после парафинирования и учетом удельного веса самого парафина, обычно близкого к 9 кН/м³.

Удельный вес значительных по размеру монолитов связных грунтов определяется с достаточной точностью путем непосредственного измерения монолита, которому придали правильную геометрическую форму, например цилиндрическую, и его последующего взвешивания. На практике для определения удельного веса влажного (и сухого) грунта часто используется металлическое кольцо с заостренным режущим краем диаметром до 15 см и высотой до 5... 10 см. Для отбора пробы кольцо вдавливается в грунт. Объем образца в данном случае определяется внутренним объемом цилиндра.

Удельный вес влажных глинистых грунтов обычно составляет 19,5...21,0 кН/м³. Удельный вес сухих несвязных сыпучих грунтов обычно колеблется от 15,8 до 16,5 кН/м3.

Объем несвязных песчаных грунтов определяют в двух состояниях: наиболее рыхлом и наиболее плотном. Определение ведется путем укладки песка в мерную емкость, причем пески испытываются в сухом виде или под водой. Требуемая максимальная рыхлость песка достигается осторожным его насыпанием в емкость, a предельная плотность — путем тщательного его штыкования до постоянства массы или путем помещения емкости с песком на вибростол.